Chemische Dampf-Absetzung (CVD) ist ein chemischer Prozess, der verwendet ist, um hohe Reinheit, feste Hochleistungsmaterialien zu erzeugen. Der Prozess wird häufig in der Halbleiter-Industrie verwendet, um dünne Filme zu erzeugen. In einem typischen CVD-Prozess wird die Oblate (Substrat) zu einem ausgestellt oder flüchtiger, die reagieren und/oder sich auf der Substrat-Oberfläche zersetzen, um die gewünschte Ablagerung zu erzeugen. Oft werden flüchtige Nebenprodukte auch erzeugt, die durch den Gasfluss der Reaktionsraum entfernt werden.

Mikroherstellungsprozesse verwenden weit CVD, um Materialien in verschiedenen Formen abzulegen, einschließlich: monokristallen, polykristallen, amorph, und epitaxial. Diese Materialien schließen ein: Silikon, Kohlenstoff-Faser, Kohlenstoff nanofibers, Glühfäden, Kohlenstoff nanotubes, SiO, Silikongermanium, Wolfram, Silikonkarbid, Silikonnitrid, Silikon oxynitride, Titan-Nitrid und verschiedene hohe-k Dielektriken. Der CVD-Prozess wird auch verwendet, um synthetische Diamanten zu erzeugen.

Typen

Mehrere Formen von CVD sind im breiten Gebrauch und werden oft in der Literatur Verweise angebracht. Diese Prozesse unterscheiden sich in den Mitteln, durch die chemische Reaktionen (z.B, Aktivierungsprozess) und Prozess-Bedingungen begonnen werden.

• Klassifiziert durch den Betriebsdruck:
• Atmosphärischer Druck CVD (APCVD) - CVD geht am atmosphärischen Druck in einer Prozession.
• Unterdruck-CVD (LPCVD) - CVD geht am subatmosphärischen Druck in einer Prozession. Reduzierter Druck neigt dazu, unerwünschte gasphasige Reaktionen zu reduzieren und Filmgleichförmigkeit über die Oblate zu verbessern. Die meisten modernen CVD-Prozesse sind entweder LPCVD oder UHVCVD.
• Ultrahochvakuum CVD (UHVCVD) - CVD geht an sehr Tiefdruck, normalerweise unter 10 Papa (~10 torr) in einer Prozession. Bemerken Sie, dass in anderen Feldern, einer niedrigeren Abteilung zwischen Hochvakuum und Ultrahochvakuum, häufig 10 Papa üblich ist.
• Klassifiziert durch physische Eigenschaften des Dampfs:
• Aerosol hat CVD (AACVD) - Ein CVD-Prozess geholfen, in dem die Vorgänger zum Substrat mittels eines flüssigen/Benzins Aerosols transportiert werden, das Überschall-erzeugt werden kann. Diese Technik ist für den Gebrauch mit unvergänglichen Vorgängern passend.
• Direkte flüssige Einspritzung CVD (DLICVD) - Ein CVD geht in einer Prozession, in dem die Vorgänger in der flüssigen Form (flüssig oder fest aufgelöst in einem günstigen Lösungsmittel) sind. Flüssige Lösungen werden in einem Eindampfungsraum zu Injektoren (normalerweise Autoinjektoren) eingespritzt. Dann werden die Vorgänger-Dämpfe zum Substrat als im klassischen CVD-Prozess transportiert. Diese Technik ist für den Gebrauch auf flüssigen oder festen Vorgängern passend. Hohe Wachstumsraten können mit dieser Technik erreicht werden.
• Plasmamethoden (sieh auch Plasmaverarbeitung):
• Mikrowelle plasmageholfener CVD (MPCVD)
• Plasmaerhöhter CVD (PECVD) - CVD Prozesse, die Plasma verwerten, um chemische Reaktionsraten der Vorgänger zu erhöhen. PECVD Verarbeitung erlaubt Absetzung bei niedrigeren Temperaturen, die häufig in der Fertigung von Halbleitern kritisch ist.
• Entfernter plasmaerhöhter CVD (RPECVD) - Ähnlich PECVD, außer dass das Oblate-Substrat nicht direkt im Plasmaentladungsgebiet ist. Das Entfernen der Oblate vom Plasmagebiet erlaubt, Temperaturen unten zur Raumtemperatur zu bearbeiten.
• Atomschicht CVD (ALCVD) - Ablagerungen aufeinander folgende Schichten von verschiedenen Substanzen, um layered, kristallene Filme zu erzeugen. Sieh Atomschicht-Kristallwachstum.
• Combustion Chemical Vapor Deposition (CCVD) - das Eigentumsverbrennen von nGimat Chemischer Dampf-Absetzungsprozess ist eine offene Atmosphäre, Flamme-basierte Technik, um dünne Qualitätsfilme und nanomaterials abzulegen.
• Heiße Leitung CVD (HWCVD) - auch bekannt als katalytischer CVD (Katze-CVD) oder heißer Glühfaden CVD (HFCVD). Verwendet einen heißen Glühfaden, um das Quellbenzin chemisch zu zersetzen.
• Metalorganic chemische Dampf-Absetzung (MOCVD) - CVD Prozesse auf metalorganic Vorgängern gestützt.
• Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition (HPCVD) - Dampf-Absetzungsprozesse, die mit sowohl chemischer Zergliederung von Vorgänger-Benzin als auch Eindampfung einer festen Quelle verbunden sind.
• Schneller thermischer CVD (RTCVD) - CVD Prozesse, die Heizungslampen oder andere Methoden verwenden, das Oblate-Substrat schnell zu heizen. Die Heizung nur des Substrats aber nicht des Benzins oder der Raum-Wände hilft, unerwünschte Gasphase-Reaktionen zu reduzieren, die zu Partikel-Bildung führen können.
• Dampf-Phase-Kristallwachstum (VPE)

Gebrauch

Einheitliche Stromkreise

Verschiedene CVD-Prozesse werden für einheitliche Stromkreise (ICs) verwendet. Besondere Materialien werden am besten unter besonderen Bedingungen abgelegt.

Polysilikon

Polykristallenes Silikon wird von silane (SiH) mit der folgenden Reaktion abgelegt:

:SiH  Si + 2 H

Diese Reaktion wird gewöhnlich in LPCVD Systemen, entweder mit reinem silane feedstock oder mit einer Lösung von silane mit 70-80-%-Stickstoff durchgeführt. Temperaturen zwischen 600 und 650 °C und Druck zwischen 25 und 150 Papa-Ertrag eine Wachstumsrate zwischen 10 und 20 nm pro Minute. Ein alternativer Prozess verwendet eine wasserstoffbasierte Lösung. Der Wasserstoff reduziert die Wachstumsrate, aber die Temperatur wird zu 850 oder sogar 1050 °C erhoben, um zu ersetzen.

Polysilikon kann direkt mit dem Doping angebaut werden, wenn Benzin wie phosphine, arsine oder diborane zum CVD Raum hinzugefügt wird. Diborane vergrößert die Wachstumsrate, aber arsine und phosphine vermindern es.

Silikondioxyd

Silikondioxyd (gewöhnlich genannt einfach "Oxyd" in der Halbleiter-Industrie) kann durch mehrere verschiedene Prozesse abgelegt werden. Allgemeines Quellbenzin schließt silane und Sauerstoff, dichlorosilane (SiClH) und Stickoxyd (NO) oder tetraethylorthosilicate ein (TEOS; Si (OCH)). Die Reaktionen sind wie folgt:

:SiH + O  SiO + 2 H

:SiClH + 2 KEINE  SiO + 2 N + 2 HCl

:Si (OCH)  SiO + Nebenprodukte

Die Wahl von Quellbenzin hängt von der Thermalstabilität des Substrats ab; zum Beispiel ist Aluminium zur hohen Temperatur empfindlich. Silane lagert sich zwischen 300 und 500 °C, dichlorosilane um 900 °C und TEOS zwischen 650 und 750 °C ab, auf eine Schicht von niedrigen - Temperaturoxyd (LTO) hinauslaufend. Jedoch erzeugt silane ein Oxyd der niedrigeren Qualität als die anderen Methoden (senken Sie dielektrische Kraft, zum Beispiel), und es legt nonconformally ab. Einige dieser Reaktionen kann in LPCVD verwendet werden, aber die silane Reaktion wird auch in APCVD getan. CVD Oxyd hat unveränderlich niedrigere Qualität als Thermaloxyd, aber Thermaloxydation kann nur in den frühsten Stufen der IC-Herstellung verwendet werden.

Oxyd kann auch mit Unreinheiten (Legierung oder "Doping") angebaut werden. Das kann zwei Zwecke haben. Während weiterer Prozess-Schritte, die bei der hohen Temperatur vorkommen, können sich die Unreinheiten vom Oxyd in angrenzende Schichten (am meisten namentlich Silikon) verbreiten und sie lackieren. Oxyde, die 5-15-%-Unreinheiten durch die Masse enthalten, werden häufig für diesen Zweck verwendet. Außerdem kann Silikondioxyd, das mit Phosphor pentoxide ("P-Glas") beeinträchtigt ist, verwendet werden, um unebene Oberflächen wegzuräumen. P-Glas erweicht sich und Rückflüsse bei Temperaturen über 1000 °C. Dieser Prozess verlangt eine Phosphor-Konzentration von mindestens 6 %, aber Konzentrationen über 8 % können Aluminium zerfressen. Phosphor wird von phosphine Benzin und Sauerstoff abgelegt:

:4 PH + 5 O  2 PO + 6 H

Brille, die sowohl Bor als auch Phosphor (borophosphosilicate Glas, BPSG) enthält, erlebt klebrigen Fluss bei niedrigeren Temperaturen; ungefähr 850 °C sind mit der Brille erreichbar, die ungefähr 5 Gewicht-% von beiden Bestandteilen enthält, aber die Stabilität in Luft kann schwierig sein zu erreichen. Das Phosphor-Oxyd in hohen Konzentrationen wirkt mit umgebender Feuchtigkeit aufeinander, um phosphorige Säure zu erzeugen. Kristalle von BPO können sich auch vom fließenden Glas auf dem Abkühlen niederschlagen; diese Kristalle werden im normalen reaktiven plasmas nicht sogleich geätzt hat gepflegt, Oxyde zu gestalten, und wird auf Stromkreis-Defekte auf die einheitliche Stromkreis-Herstellung hinauslaufen.

Außer diesen absichtlichen Unreinheiten kann CVD Oxyd Nebenprodukte des Absetzungsprozesses enthalten. TEOS erzeugt ein relativ reines Oxyd, wohingegen silane Wasserstoffunreinheiten einführt, und dichlorosilane Chlor einführt.

Senken Sie Temperaturabsetzung des Silikondioxyds und der lackierten Brille von TEOS das Verwenden des Ozons aber nicht Sauerstoffes ist auch (350 bis 500 °C) erforscht worden. Ozon-Brille hat ausgezeichneten conformality, aber neigt dazu, hygroskopisch zu sein - d. h. sie absorbieren Wasser von der Luft wegen der Integration von silanol (Si oh) im Glas. Infrarotspektroskopie und mechanische Beanspruchung als eine Funktion der Temperatur sind wertvolle diagnostische Werkzeuge, um solche Probleme zu diagnostizieren.

Silikonnitrid

Silikonnitrid wird häufig als ein Isolator und chemische Barriere in der Herstellung von ICs verwendet. Die folgenden zwei Reaktionen legen Nitrid von der Gasphase ab:

:3 SiH + 4 NH  SiN + 12 H

:3 SiClH + 4 NH  SiN + 6 HCl + 6 H

Durch LPCVD abgelegtes Silikonnitrid enthält bis zu 8 % Wasserstoff. Es erfährt auch starke dehnbare Betonung, die Filme knacken kann, die dicker sind als 200 nm. Jedoch hat es höheren spezifischen Widerstand und dielektrische Kraft als die meisten in der Mikroherstellung allgemein verfügbaren Isolatoren (10 Ω\· Cm und 10 MV/cm, beziehungsweise).

Weitere zwei Reaktionen können in Plasma verwendet werden, um SiNH abzulegen:

:2 SiH + N  2 SiNH + 3 H

:SiH + NH  SiNH + 3 H

Diese Filme haben viel weniger dehnbare Betonung, aber schlechtere elektrische Eigenschaften (spezifischer Widerstand 10 bis 10 Ω\· Cm und dielektrische Kraft 1 bis 5 MV/cm).

Metalle

Einige Metalle (namentlich Aluminium und Kupfer) werden selten durch CVD oder nie abgelegt., gewerblich Kosten hat der wirksame, lebensfähige CVD-Prozess für Kupfer nicht bestanden, obwohl Kupfer formate, Kupfer (hfac) 2, Äthyl von Cu (II) acetoacetate und andere Vorgänger verwendet worden sind. Die Kupferabsetzung des Metalls ist größtenteils durch die Galvanik getan worden, um die Kosten zu reduzieren. Aluminiumdose, von tri-isobutyl Aluminium (TIBAL), tri Aluminium des Äthyls/Methyls (TEE, TMA), oder dimethylaluminum hydride (DMAH), aber physische Dampf-Absetzungsmethoden abgelegt werden, wird gewöhnlich bevorzugt.

Jedoch werden CVD Prozesse für Molybdän, Tantal, Titan, Nickel und Wolfram weit verwendet. Diese Metalle können nützlichen silicides, wenn abgelegt, auf Silikon bilden. Mo, Ta und Ti werden durch LPCVD von ihrem pentachlorides abgelegt. Nickel, Molybdän und Wolfram können bei niedrigen Temperaturen von ihren carbonyl Vorgängern abgelegt werden. Im Allgemeinen, für eine willkürliche MetallM, ist die Reaktion wie folgt:

:2 MCl + 5 H  2 M + 10 HCl

Die übliche Quelle für das Wolfram ist Wolfram hexafluoride, der auf zwei Weisen abgelegt werden kann:

:WF  W + 3 F

:WF + 3 H  W + 6 HF

Diamant

CVD kann verwendet werden, um synthetischen Diamanten durch das Schaffen der Verhältnisse zu erzeugen, die für Kohlenstoff-Atome in einem Benzin notwendig sind, um sich auf einem Substrat in der kristallenen Form niederzulassen.

CVD des Diamanten hat sehr viel Aufmerksamkeit in den Material-Wissenschaften erhalten, weil es viele neue Anwendungen des Diamanten erlaubt, der vorher zu schwierig betrachtet worden war, um wirtschaftlich zu machen. CVD Diamantwachstum kommt normalerweise unter dem Tiefdruck vor (1-27 kPa; 0.145-3.926 psi; 7.5-203 Torr), und schließt Fütterung unterschiedliche Beträge von Benzin in einen Raum, das Anziehen von ihnen und die Versorgung von Bedingungen für das Diamantwachstum auf dem Substrat ein. Das Benzin schließt immer eine Kohlenstoff-Quelle ein, und schließt normalerweise Wasserstoff ebenso ein, obwohl sich die verwendeten Beträge außerordentlich abhängig vom Typ des Diamanten ändern, der wird anbaut. Energiequellen schließen heißen Glühfaden, Mikrowellenmacht und Kreisbogen-Entladungen, unter anderen ein. Die Energiequelle ist beabsichtigt, um ein Plasma zu erzeugen, in dem das Benzin gebrochen wird und kompliziertere Chemie vorkommt. Der wirkliche chemische Prozess für das Diamantwachstum ist noch unter der Studie und wird durch das sehr große Angebot an verwendeten Diamantwachstumsprozessen kompliziert.

Die Vorteile für das CVD Diamantwachstum schließen die Fähigkeit ein, Diamant-über große Gebiete, die Fähigkeit zu wachsen, Diamant-auf einem Substrat und der Kontrolle über die Eigenschaften des erzeugten Diamanten zu wachsen. In der Vergangenheit, als Techniken des Hochdrucks hohen Temperatur (HPHT) verwendet wurden, um Diamanten zu erzeugen, waren die Diamanten normalerweise sehr kleine freie Stehdiamanten unterschiedlicher Größen. Mit CVD Diamantwachstumsgebieten von größeren als fünfzehn Zentimeter (sechs Zoll) Diameter sind erreicht worden, und viel größere Gebiete werden wahrscheinlich mit dem Diamanten in der Zukunft erfolgreich angestrichen. Besserung dieser Fähigkeit ist Schlüssel zum Ermöglichen mehrerer wichtiger Anwendungen.

Die Fähigkeit, Diamant-direkt auf einem Substrat zu wachsen, ist wichtig, weil sie die Hinzufügung von vielen wichtigen Qualitäten des Diamanten zu anderen Materialien erlaubt. Da Diamant das höchste Thermalleitvermögen jedes Schüttgutes hat, layering Diamant auf die hohe Hitzeproduzieren-Elektronik (wie Optik und Transistoren) erlaubt dem Diamanten, als ein Hitzebecken verwendet zu werden. Diamantfilme werden auf Klappe-Ringen angebaut, Werkzeuge und andere Gegenstände schneidend, die aus der Härte des Diamanten und außerordentlich niedriger Tragen-Rate einen Nutzen ziehen. In jedem Fall muss das Diamantwachstum sorgfältig getan werden, um das notwendige Festkleben auf das Substrat zu erreichen. Der sehr hohe Kratzer-Widerstand des Diamanten und Thermalleitvermögen, das mit einem niedrigeren Koeffizienten der Thermalvergrößerung verbunden ist als Hartglas-Glas, einem Koeffizienten der Reibung in der Nähe von diesem des Teflons (Polytetrafluoroethylene) und starken lipophilicity, würden es einen fast idealen beschichteten Überzug für das Kochgeschirr machen, wenn große Substrat-Gebiete wirtschaftlich angestrichen werden konnten.

Das wichtigste Attribut des CVD Diamantwachstums ist die Fähigkeit, die Eigenschaften des erzeugten Diamanten zu kontrollieren. Im Gebiet des Diamantwachstums wird das Wort "Diamant" als eine Beschreibung jedes Materials verwendet, das in erster Linie aus verpfändetem Kohlenstoff von sp3 zusammengesetzt ist, und es gibt viele verschiedene Typen des darin eingeschlossenen Diamanten. Durch die Regulierung der in einer Prozession gehenden Rahmen — besonders kann das Benzin eingeführt, sondern auch einschließlich des Drucks das System wird unter, die Temperatur des Diamanten und die Methode bedient, Plasma — viele verschiedene Materialien zu erzeugen, die Diamant-betrachtet werden können, gemacht werden. Monokristall-Diamant kann gemacht werden, verschiedenen dopants enthaltend. Polykristallener Diamant, der aus Korn-Größen von mehreren Nanometern bis mehrere Mikrometer besteht, kann angebaut werden. Einige polykristallene Diamantkörner werden durch dünnen Nichtdiamantkohlenstoff umgeben, während andere nicht sind. Diese verschiedenen Faktoren betreffen die Härte des Diamanten, Glätte, Leitvermögen, optische Eigenschaften und mehr.

Siehe auch

• Diamant von Apollo
• Atomschicht-Absetzung
• Zylinder von Bubbler
• Metallurgie von Carbonyl
• Elektrostatischer Spray hat Dampf-Absetzung geholfen
• Ion, das panzert
• metalorganic chemische Dampf-Absetzung

Weiterführende Literatur

• K. Okada "Plasmaerhöhte chemische Dampf-Absetzung von nanocrystalline" Diamantsci. Technol. Adv. Mama. 8 (2007) 624 Rezension des kostenlosen Downloads
• T. Liu, D. Raabe und S. Zaefferer "Ein 3D tomographic EBSD Analyse eines CVD dünnen Diamantfilms" Sci. Technol. Adv. Mama. 9 (2008) 035013 kostenloser Download
• Christoph Wild "CVD Diamanteigenschaften und nützliche Formel" CVD Diamantbroschüre (2008) PDF kostenloser Download

Außenverbindungen

• Grundlagen der chemischen Dampf-Absetzung, durch TimeDomain CVD, Inc.
• Traditionelle Überzug-Technologien
• Chemische Dampf-Absetzung mit atmosphärischem Plasma